電子技術(shù) 作者：龍 伊，陳新文，溫希軍，王 瓊，李天斗，合斯萊提，王田田
摘要：介紹了物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在畜產(chǎn)品中的應(yīng)用。以RFID電子標(biāo)簽為主要載體，依托網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動通信技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，可以構(gòu)建從畜產(chǎn)品養(yǎng)殖、屠宰加工到配送銷售的產(chǎn)業(yè)鏈全過程的信息追溯管理系統(tǒng)，可有效解決我國畜產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈物流中存在的各種問題，保障畜產(chǎn)品的質(zhì)量安全。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；RFID；畜產(chǎn)品；追溯
0 引言
物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)是當(dāng)前備受關(guān)注的新一代信息技術(shù)，被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的第三次世界信息產(chǎn)業(yè)浪潮。利用先進的信息采集、處理與交換(如產(chǎn)品電子代碼、無線射頻自動識別等)技術(shù)組建的物聯(lián)網(wǎng)，能夠以智能、快捷的方式實現(xiàn)人與物、物與物之間的信息交流與溝通，以快速的、動態(tài)的方式去管理社會生產(chǎn)和人類生活。
近年來，RFID技術(shù)已進入大規(guī)模實用階段，特別是隨著全世界各國政府對“瘋牛病”、“禽流感”等動物疾病的關(guān)注，對動物疫病控制和畜產(chǎn)品食用安全的溯源管理需求在急劇地上升。所以，物聯(lián)網(wǎng)在畜產(chǎn)品食用安全溯源管理等方面得到應(yīng)用，已成為全球信息網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的重要趨勢。
1 物聯(lián)網(wǎng)概述
1．1 物聯(lián)網(wǎng)定義
物聯(lián)網(wǎng)的概念是美國麻省理工學(xué)院(MIT)的Kevin Ash-ton教授于1991年首次提出的。比爾·蓋茨于1995年在《未來之路》一書中也曾提及物聯(lián)網(wǎng)。美國麻省理工學(xué)院于1999年建立了“自動識別(Auto-ID)”系統(tǒng)，提出的“萬物皆可通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)”思想闡明了物聯(lián)網(wǎng)的基本含義，明確指出了利用物聯(lián)網(wǎng)既可用米實現(xiàn)人與物之間的通信，也可用來實現(xiàn)物與物之間的通信聯(lián)系。當(dāng)前，通用的物聯(lián)網(wǎng)的概念是指將自動識別、傳感網(wǎng)、短距離無線網(wǎng)絡(luò)和全球定位系統(tǒng)以及條形碼、二維碼等技術(shù)接入融合而成的一個巨大的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
1．2 工作原理
在物聯(lián)網(wǎng)中要實現(xiàn)物與物、物與人之間的通信，首先需要對物品屬性進行標(biāo)識。其中，物品的靜態(tài)屬性要直接存儲在標(biāo)簽中；物品的動態(tài)屬性要先由傳感器實時探測，然后再存儲使用。其次需要利用識別設(shè)備完成對物品屬性的讀取和信息轉(zhuǎn)換。最后需要將物品的信息通過各種網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)信息控制中心，由信息中心完成物品之間相互通信的相關(guān)計算，從而實現(xiàn)對物品的“透明”管理，實現(xiàn)處理和解決問題的能力。
2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
2．1 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)
目前，物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)被公認(rèn)由三個層次組成，各層分別完成不同的功能，從下到上依次是感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。
感知層的功能是完成物與物之間相關(guān)信息的采集、轉(zhuǎn)換和收集。感知層由傳感器和短距離傳輸網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。傳感器用來進行數(shù)據(jù)采集及實現(xiàn)控制；短距離傳輸網(wǎng)絡(luò)是將傳感器收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)或者將應(yīng)用平臺控制指令發(fā)送到控制器。感知層的關(guān)鍵技術(shù)主要包括傳感器、RFID、GPS、短距離無線通信等技術(shù)。
網(wǎng)絡(luò)層的功能是完成信息的傳遞和處理。網(wǎng)絡(luò)層由接入網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。接入網(wǎng)絡(luò)是連接感知層的網(wǎng)橋，用來匯聚從感知層獲得的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到核心網(wǎng)絡(luò)。接入網(wǎng)絡(luò)即現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)，包括移動通信網(wǎng)、有線電話網(wǎng)、廣電網(wǎng)等。核心網(wǎng)絡(luò)是指通過多種方式組成的互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)，包括當(dāng)前的局域網(wǎng)、專用網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等。網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵技術(shù)主要包括移動通信技術(shù)、有線寬帶技術(shù)、公共交換電話網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)終端技術(shù)等。
應(yīng)用層的功能是完成與實際應(yīng)用所需數(shù)據(jù)的處理和管理。應(yīng)用層由物聯(lián)網(wǎng)中間件和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用兩部分組成。其中，物聯(lián)網(wǎng)中間件是一種獨立的軟件或程序，它位于操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫之上、應(yīng)用軟件之下，它的作用是管理計算機資源和網(wǎng)絡(luò)通信，連接兩個獨立應(yīng)用程序或獨立系統(tǒng)的軟件。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是指物聯(lián)網(wǎng)中用戶直接使用的各種應(yīng)用，例如家電智能控制、電力抄表和遠(yuǎn)程醫(yī)療等。應(yīng)用層的關(guān)鍵技術(shù)主要有軟件技術(shù)、云運算等各種數(shù)據(jù)處理技術(shù)。
2．2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)有傳感器技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的通信技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)以及它們之間的結(jié)合技術(shù)。
傳感器負(fù)責(zé)物聯(lián)網(wǎng)信息的采集，是實現(xiàn)對現(xiàn)實世界感知的基礎(chǔ)，是物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)和應(yīng)用的基礎(chǔ)。由于各種傳感器存在的溫度、壓力、速度、濕度、高度、視頻、圖像、位置等的不同，傳感器所提供的信息接口存在巨大差異，是對物聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)模化的最大挑戰(zhàn)。
傳感器網(wǎng)絡(luò)可形成一套完整的物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范。傳感網(wǎng)絡(luò)有藍牙、Wi-Fi、RFID、wirelessHART等相關(guān)通信技術(shù)。傳感器終端具有IP化，功耗低、體積小、信包雙向傳遞，免人工維護等智能化功能。
通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)提供傳送通道，適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)低數(shù)據(jù)率、低移動性等業(yè)務(wù)需求。
物聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)主要是和物聯(lián)網(wǎng)終端之間，以及現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)間進行配合，以提供物聯(lián)網(wǎng)能力給不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，構(gòu)建一個能適合多個行業(yè)應(yīng)用的統(tǒng)一業(yè)務(wù)平臺，為跨行業(yè)的統(tǒng)一信息服務(wù)提供支撐。隨著物聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展，發(fā)展到協(xié)同感知，甚至泛在服務(wù)的階段后，必然需要考慮更為有效的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、名址、路由和通信協(xié)議。
3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在畜產(chǎn)品跟蹤和追溯模型中的應(yīng)用
3．1 畜產(chǎn)品生產(chǎn)
在畜產(chǎn)品生產(chǎn)的源頭，不管是畜類飼養(yǎng)過程中的飼料信息，還是飼喂過程中的預(yù)混料信息，均可以通過電子標(biāo)簽記錄到食品安全數(shù)據(jù)庫中，作為將來質(zhì)量追溯的原始數(shù)據(jù)。
3．2 畜產(chǎn)品加工和包裝
生產(chǎn)者記錄的所有畜產(chǎn)品的相關(guān)信息，都必須提供給供應(yīng)鏈的下一個參與方。在這個環(huán)節(jié)將根據(jù)畜產(chǎn)品的質(zhì)量、尺寸、色彩進行分級，并包裝成物流單元。根據(jù)供應(yīng)鏈中前一個環(huán)節(jié)參與方提供的數(shù)據(jù)，可以生成所需信息的產(chǎn)品標(biāo)簽。
3．3 畜產(chǎn)品運輸
畜產(chǎn)品運輸環(huán)節(jié)的應(yīng)用主要體現(xiàn)為對畜產(chǎn)品的監(jiān)控、跟蹤及道口檢查。RFID可以為物流公司提供實時監(jiān)控和跟蹤服務(wù)，對于業(yè)主也可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)方便地查看自己貨物的位置等情況。同時，也可以準(zhǔn)確地記錄畜產(chǎn)品在運輸途中變質(zhì)的時間和原因，并且因此確定是供應(yīng)鏈中的哪個環(huán)節(jié)應(yīng)該負(fù)責(zé)。
3．4 畜產(chǎn)品銷售
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在零售環(huán)節(jié)的應(yīng)用體現(xiàn)為對畜產(chǎn)品統(tǒng)計、畜產(chǎn)品防盜、畜產(chǎn)品有效期監(jiān)控等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了畜產(chǎn)品源頭及畜產(chǎn)品供應(yīng)鏈的完全透明度，因為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供了一串詳盡而具有獨特視角的供應(yīng)鏈信息。對于畜產(chǎn)品冷凍問題，畜產(chǎn)品一旦變質(zhì)，RFID讀寫器終端也會實時顯示過期信息，提示消費者不要食用，零售商應(yīng)盡決將其撤下貨架。
3．5 畜產(chǎn)品危機應(yīng)急方案
一旦發(fā)生緊急情況，物流商、經(jīng)銷商或消費者不僅可以根據(jù)畜產(chǎn)品安全追溯系統(tǒng)找到每件畜產(chǎn)品的最終消費者，還可以找到流通或生產(chǎn)加工過程出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，形成一個高效管理和運作的鏈條。
要確保肉畜產(chǎn)品質(zhì)量，源頭是關(guān)鍵。保障了源頭的質(zhì)量，接下來整個畜產(chǎn)品鏈的安全保障就有了很好的基礎(chǔ)和起點。
3．6 RFID的應(yīng)用
很多飼養(yǎng)場都已經(jīng)運用RFID標(biāo)簽來全程監(jiān)測禽畜動物的基本情況，如生長、健康、飼料以及流通等情況，從而保證向市場提供放心的肉類食品。
現(xiàn)以生豬食品供應(yīng)鏈追溯模型為例進行說明。基于RFID技術(shù)的生豬食品產(chǎn)銷管理系統(tǒng)以RFID技術(shù)為核心，把現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)與生豬產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀相結(jié)合，構(gòu)建從生豬繁育養(yǎng)殖、屠宰加工到配送銷售的產(chǎn)業(yè)鏈全過程的信息追溯管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可為種豬養(yǎng)殖繁育和商品豬飼養(yǎng)、屠宰、銷售提供最有效的信息管理，同時可以為政府等有關(guān)部門政策的制定和執(zhí)行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為金融保險機構(gòu)向養(yǎng)殖企業(yè)、農(nóng)戶投保提供依據(jù)，為消費者提供真實準(zhǔn)確的產(chǎn)品信息，以保證消費者吃上真正的“放心肉”。
4 結(jié)語
通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在畜產(chǎn)品供應(yīng)的環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，可以加速畜牧業(yè)的發(fā)展。現(xiàn)代物流的發(fā)展強調(diào)信息技術(shù)的應(yīng)用，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在畜產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈物流的應(yīng)用正好符合這一發(fā)展趨勢，可有效地解決我國畜產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈物流中存在的各種問題，大大提高畜產(chǎn)品的供應(yīng)水平，保障畜產(chǎn)品的質(zhì)量安全。
